北斗,GPS的竞争者

中国电子科技集团第54研究所导航专业部的技术人员展示最新研发的40纳米级北斗导航芯片。

时代周报记者 马欢 实习生 梁梓彤

距离人类头顶上空2万多公里的地球轨道上,密布着多颗来自多国的卫星。随着地球自转,它们像图钉一样被准确地“钉”在地球上方。

世人熟知的美国GPS全球定位系统即出自于此:地球上的任意地点均被4颗GPS卫星同时覆盖,并被卫星即时锁定、追踪。

GPS并非目前唯一正在运行的导航系统,作为中国自行研制的全球卫星导航系统,“北斗”卫星导航系统是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯“格洛 纳斯” (GLONASS)卫星导航系统之后的第三个成熟的卫星导航系统。如今,它已经成为联合国卫星导航委员会认定的四大供应商之一。英国广播公司(BBC)用 “GPS系统的竞争者”来形容“北斗”。

“既是中国的北斗,也是世界的北斗。北斗要为‘一带一路’的国家战略服务,更具国际性。”2015年5月13日,在第六届中国卫星导航学术年会上,中国“北斗”卫星导航系统的总设计师杨长风说。

“北斗”起步

“北斗”二号卫星总指挥李长江在接受媒体采访时表示,中国人在卫星导航方面的思考并不晚 。

上世纪60年代,美国起步研究GPS。几乎同一时段,中国开始了自己的卫星导航系统设计,取名“灯塔”。由于国家财力等诸多原因,“灯塔”搁浅。

1983年,“两弹一星”元勋、中科院院士陈芳允提出双星定位设计方案。基于此方案,中国开始积极立项论证。1994年,经国家批准,“北斗”卫星导航系统建设的大幕正式拉开。

基于国情,中国提出了“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”战略:先建立“北斗”卫星双星定位试验系统,形成区域有源定位与导航服务能力;随后完成 3种轨道共计10余颗卫星的发射,建成区域导航系统,形成区域无源服务能力,向亚太地区提供定位、导航、授时以及短报文通信服务;最后建成由3颗静止轨道 卫星和30颗非静止轨道卫星组成的、覆盖全球的“北斗”全球卫星导航系统,形成全球无源服务能力。

2000年,中国相继发射两颗静地轨道的导航实验卫星。2003年4月又发射了第三颗静轨道卫星,基本形成了覆盖全中国的区域导航和定位系统—这一系统被称为“北斗”一号。

此时的“北斗”系统尚属实验开发阶段,其技术参数不仅落后于美国,也不及俄罗斯,更重要的一点是,“北斗”一号属区域性,商用价值不高。

甩开“伽利略”

2002年,欧盟发起“伽利略”全球卫星导航计划,被认为是结束美国GPS独霸局面的最有力挑战。按计划,“伽利略”共由30颗中轨道和静轨道导航卫星组成,覆盖全球,定位精度、兼容性和精确度等方面均优于GPS。

据美国《InsideGNSS》文章称,2003年,中国承诺投资2.7亿美元参加“伽利略”全球导航卫星项目开发,成为“伽利略”计划内的第一个非欧盟国成员。

中欧合作的蜜月期只持续了几年。2006年底,中国突然被欧洲故意冷落,所有“伽利略”项目的重大决策均被排除之外,理由是“安全”和“知识产权”等问题。用美国媒体的话形容,此时,“中国人感到被严重利用甚至是羞辱了”。

中国决定“单干”。

2006年11月,中国对外宣布,将在今后几年内发射导航卫星,开发自己的全球卫星导航和定位系统。2007年底,有关覆盖全球的“北斗”二号系统计划浮出水面。中国开始迅速集中力量发展自己的导航卫星系统。

此时,欧盟身处内耗。2008年4月27日,“伽利略”系统的第二颗实验卫星升空,距上次发射已有差不多四年时间—这样的进度,比最初计划推迟了整整五年。

“‘北斗’二号横空出世,不仅使‘伽利略’系统准备与美国GPS一争高下的愿望大打折扣,也冲淡了‘伽利略’未来的市场前景。‘北斗’二号在技术上 比‘伽利略’更先进,定位精度甚至达到了0.5米级,令欧洲人深受震撼。另一方面,之前‘伽利略’计划的推出,刺激了美国和俄罗斯加快技术更新,新一代 GPS和新一代‘格洛纳斯’的定位精度等技术指标均很快反超‘伽利略’,‘伽利略’逐渐丧失了技术相对领先的优势。”西南政法大学副教授和静钧撰文表示。

2009年,“伽利略”导航卫星项目已远远落后于原计划,连一颗卫星也未发射升空,对比之下,中国人进展迅猛。

“真令人难以置信,”比利时Eutralex航天机构主席米歇尔·福布说,“中国人确定主次,作出决策,没有争论,没有谈判。这与欧洲不同,欧盟做什么事之前,必须统一27种不同意见。”

2010年,“北斗”导航系统频段正式采用与欧洲“伽利略”卫星一样的PRS频段。由于PRS频段采取“先用先得”的规则,中国先于欧洲发射大量卫星,实质上已经抢占了“伽利略”卫星的几个重要频段。

此时,中国已成为继美国GPS和俄罗斯“格洛纳斯”之后第三个充分运行的导航系统。“伽利略”晚了一步。欧盟委员会空间处负责人哈特威哥·比斯切夫坦承,经过那段不太成功的合作,欧中关系全面下滑。

直到2015年年初,在捷克布拉格,中国卫星导航定位应用管理中心与欧盟代表团举行了有关“北斗”与“伽利略”卫星导航系统的第四次频率磋商会谈。会谈中,欧盟代表团接受了中国方面提出的频率共用理念,同意在国际电联的框架下完成卫星导航频率协调。

拥挤的太空

事实上,地球上的航天大国早就意识到,发展自主的卫星导航系统,不仅是航天实力的重要组成部分,更是国家战略的重要一环。

最早向GPS 发起挑战的,是由苏联启动的“格洛纳斯”的24颗卫星,这一系统和GPS的星座首尾相接。不过,“格洛纳斯”的普及情况远不及GPS,主要供军方使用。为了优先保证军事用途,“格洛纳斯”系统目前对外开放的民用信号的定位精度仅为30米。

在美、俄两国占据导航卫星区域半壁江山的同时,主要工业国家也在逐步实现其对太空导航资源的占用,就连一部分没有实现导航技术突破的国家也不甘落后,计划于近年启动各自的导航系统。太空将更加拥挤。

由日本开发的“准天顶”卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System) 由3颗卫星组成,将用于日本本国的导航,计划将民用信号的精度从十米级别提升一个数量级至一米以内。印度的区域卫星导航系统(IRNSS)也在加紧投入研发中。

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